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深度調(diào)峰時(shí)火電機(jī)組安全運(yùn)行問題探討

文檔作者：陳濤文檔來源：中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月06日
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第20 卷(2018 年第5 期) 電力安全技術(shù)
陳 濤
(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司，安徽 合肥 230031)
深度調(diào)峰時(shí)火電機(jī)組安全運(yùn)行問題探討
〔摘 要〕 分析大型燃煤機(jī)組在深度調(diào)峰等工況下的安全運(yùn)行問題，并根據(jù)鍋爐系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)
行特點(diǎn)，進(jìn)一步研究深度調(diào)峰過程中火電機(jī)組控制難點(diǎn)，提出具體的應(yīng)對(duì)策略，改善深度調(diào)峰過程
中火電機(jī)組的安全性能。
〔關(guān)鍵詞〕 燃煤機(jī)組；深度調(diào)峰；安全運(yùn)行; 凝結(jié)水泵
(2) 鍋爐在長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行后，排煙溫度會(huì)有
所下降，使尾部布置的換熱管道的低溫腐蝕發(fā)生幾
率增加。
(3) 在超低負(fù)荷工況下，對(duì)于鍋爐內(nèi)工質(zhì)來說，
蒸汽流量較低，必然會(huì)造成汽水流程的管壁內(nèi)部流
量偏差加劇，換熱不均，局部超溫現(xiàn)象嚴(yán)重。
(4) 在超低負(fù)荷工況下，為了保證爐內(nèi)燃燒的
穩(wěn)定性，風(fēng)煙系統(tǒng)的空氣動(dòng)力場(chǎng)會(huì)偏離最佳狀態(tài)。
然而煙氣流量低，爐膛火焰充滿度差，對(duì)流換熱處
的煙氣偏差加劇，壁溫偏差大的現(xiàn)象會(huì)時(shí)有發(fā)生。
運(yùn)行時(shí)煙速下降，更容易在水平煙道位置產(chǎn)生積灰；
水平煙道里積灰較多時(shí)，不但影響傳熱，還會(huì)造成
受熱面壁溫偏差增大，甚至超溫。當(dāng)積灰達(dá)到一定
厚度時(shí)，在爐膛負(fù)壓擾動(dòng)下會(huì)造成垮灰，甚至造成
鍋爐滅火。
據(jù)此，當(dāng)深度調(diào)峰過程在超低負(fù)荷的工況下時(shí)，
需要重新核算受熱面的壁溫安全性，評(píng)估拉裂危險(xiǎn)
性。隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，受熱面工質(zhì)側(cè)、煙氣側(cè)
偏差加大，部分對(duì)流受熱面溫度偏差升高，在確保
受熱面壁溫安全性的基礎(chǔ)上需要重新優(yōu)化受熱面壁
溫報(bào)警系統(tǒng)。低負(fù)荷下報(bào)警溫度的設(shè)定則需考慮壓
力、溫度的變化，增加受熱面動(dòng)態(tài)壁溫報(bào)警功能以
實(shí)現(xiàn)壁溫的超前調(diào)節(jié)。
1.3 直流爐水動(dòng)力安全性問題
對(duì)于亞臨界汽包爐，一般不存在水動(dòng)力安全性
問題，只需在深度調(diào)峰的快速變負(fù)荷過程中注意水
循環(huán)穩(wěn)定性即可。主要控制好汽包水位和汽包的上
下、內(nèi)外壁溫差，確保鍋筒安全；采用相對(duì)較高的
壓力定壓運(yùn)行；控制變負(fù)荷速度，防止省煤器汽化。
0 引言
國(guó)家經(jīng)濟(jì)形勢(shì)新常態(tài)下的電網(wǎng)調(diào)峰矛盾日益加
劇，火電機(jī)組常規(guī)的50 % 調(diào)峰能力無法滿足電網(wǎng)
的調(diào)峰需要。因此，深度挖掘火電機(jī)組調(diào)峰能力，
在保證機(jī)組安全的基礎(chǔ)上將調(diào)峰負(fù)荷降低至40 %
以下，已成為發(fā)電企業(yè)和科研院所的關(guān)鍵課題。
常規(guī)火電機(jī)組汽輪機(jī)大都可在20 %—30 % 額
定負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，故火電機(jī)組深度調(diào)峰幅度往往取
決于鍋爐能否安全、穩(wěn)定燃燒。通過查閱大量鍋
爐性能考核試驗(yàn)的結(jié)果可知，當(dāng)負(fù)荷降到30 %—
40 % 額定負(fù)荷時(shí)，鍋爐在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)燃燒
不穩(wěn)定、水動(dòng)力不足、泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行失穩(wěn)等問題。
1 深度調(diào)峰中的鍋爐安全問題
1.1 火電機(jī)組厚壁元件壽命損耗問題
在燃煤機(jī)組深度調(diào)峰過程中，機(jī)組負(fù)荷的大范
圍、快速升降，會(huì)帶來蒸汽壓力和蒸汽溫度的快速
升降，在這樣的工況下，往往會(huì)出現(xiàn)厚壁元件的壁
溫差增大，導(dǎo)致金屬部件熱應(yīng)力增大、疲勞程度加
大。所以燃煤機(jī)組深度調(diào)峰過程中要特別關(guān)注類似
于汽包、集箱、汽水分離器等部件的狀態(tài)，重點(diǎn)關(guān)
注深度調(diào)峰過程中機(jī)組元件的壽命損耗。
1.2 超低負(fù)荷工況下爐內(nèi)受熱面壁溫安全性問題
(1) 在超低負(fù)荷燃燒下，會(huì)出現(xiàn)給煤量和返灰
量投入不均衡，造成換熱管道受熱不均，從而易導(dǎo)
致管道局部超溫，引起管壁過熱，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)
增加爆管發(fā)生的幾率。
電力安全技術(shù) 第20卷 (2018年第5期)
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對(duì)于超臨界直流爐，在超低負(fù)荷工況下，特別
是當(dāng)機(jī)組發(fā)電負(fù)荷降至30 % 及以下時(shí)，省煤器入
口給水流量已接近保護(hù)定值，爐內(nèi)水動(dòng)力情況惡化，
局部過熱爆管可能性急劇增大。另外由于受磨煤機(jī)
投運(yùn)組合關(guān)系的影響，爐內(nèi)熱流密度偏差加大，管
間壁溫偏差加大。
為提高深度調(diào)峰過程中燃煤機(jī)組水動(dòng)力的運(yùn)行
安全性，要從以下幾個(gè)方面開展工作。
(1) 需定量核算低負(fù)荷工況下，燃煤機(jī)組水動(dòng)
力安全性。通過核算水動(dòng)力的停滯、循環(huán)水速和動(dòng)
態(tài)不穩(wěn)定性，保證水冷壁受熱面可靠的溫度工況和
確定整個(gè)汽水系統(tǒng)的壓力損耗，從而選擇合適的給
水泵工作壓頭。
(2) 重點(diǎn)關(guān)注分離器工質(zhì)的過熱度。在快速負(fù)
荷變動(dòng)過程中，給水與燃料之間需要密切協(xié)調(diào)，以
維持合適的燃水比。
(3) 避免省煤器入口工質(zhì)出現(xiàn)汽化現(xiàn)象。為降
低汽機(jī)熱耗，鍋爐給水溫度設(shè)置較高，因此在鍋爐
快速升降負(fù)荷過程中，由于壓力的大幅變化，很可
能出現(xiàn)省煤器工質(zhì)汽化現(xiàn)象，所以要嚴(yán)格控制給水
溫度和壓力的變化。
1.4 超低負(fù)荷脫硝裝置投入問題
在鍋爐啟停及負(fù)荷較低時(shí)，因脫硝裝置反應(yīng)器
入口煙氣溫度較低，硫酸氫氨沉積在催化劑和下游
設(shè)備上，導(dǎo)致催化劑活性下降和設(shè)備堵塞，系統(tǒng)無
法正常運(yùn)行。因此，在深度調(diào)峰的超低負(fù)荷工況下，
存在脫硝裝置無法投入的問題，機(jī)組無法環(huán)保、安
全運(yùn)行。同時(shí)負(fù)荷低于40 % 后，鍋爐一次風(fēng)率加大，
火焰剛度過大，導(dǎo)致對(duì)墻水冷壁結(jié)焦加劇，同時(shí)二
次風(fēng)率降低可能引起中心風(fēng)筒積灰、燃燒器冷卻風(fēng)
量不足，氮氧化合物生成量的控制存在諸多困難。
據(jù)此，在深度調(diào)峰過程中，需要深入研究如何
提高脫硝裝置反應(yīng)器入口煙氣溫度和寬溫催化器的
寬負(fù)荷脫硝技術(shù)。目前常用方式是提高反應(yīng)器入口
煙氣溫度，工程上可用的方法有：采用分級(jí)省煤器
布置，增加尾部煙氣旁路，增加省煤器工質(zhì)旁路，
熱水再循環(huán)至省煤器入口等。
1.5 超低負(fù)荷燃燒器穩(wěn)燃和制粉系統(tǒng)配合問題
燃煤機(jī)組深度調(diào)峰的首要目標(biāo)是降低到能保證
機(jī)組安全運(yùn)行的最低負(fù)荷，所以超低負(fù)荷下制粉系
統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。而目前燃煤機(jī)組制粉系統(tǒng)
運(yùn)行現(xiàn)狀存在諸多問題，如運(yùn)行環(huán)境惡劣，制粉系
統(tǒng)故障率高；精細(xì)化監(jiān)測(cè)、控制難度大，自動(dòng)化程
度低；直吹式制粉系統(tǒng)斷煤或跳磨對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行
影響很大；碾磨煤質(zhì)復(fù)雜多變，對(duì)設(shè)備適應(yīng)性要求
高等。燃煤機(jī)組超低負(fù)荷工況下安全運(yùn)行對(duì)制粉系
統(tǒng)提出以下幾點(diǎn)要求。
(1) 實(shí)際煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)的情況，原磨運(yùn)行
方式不再適用，磨振動(dòng)、石子煤量大、爆燃、出力
不足等問題頻出。所以需要對(duì)幾種常用煤質(zhì)分別進(jìn)
行制粉系統(tǒng)特性試驗(yàn)，掌握不同煤質(zhì)對(duì)磨運(yùn)行特性
的影響規(guī)律，以指導(dǎo)燃煤機(jī)組的安全運(yùn)行。
(2) 針對(duì)煤質(zhì)多變，表盤無有效監(jiān)測(cè)手段，如
無風(fēng)粉在線監(jiān)測(cè)或風(fēng)量測(cè)量不準(zhǔn)，運(yùn)行人員無法及
時(shí)調(diào)整的問題，需要安裝風(fēng)粉在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和穩(wěn)定
精確的風(fēng)量測(cè)量裝置，以供運(yùn)行人員參考。
(3) 由于摻燒煤泥比例過高，給煤機(jī)斷煤頻繁，
機(jī)組負(fù)荷容易快速下降，為了穩(wěn)燃需要投油槍又有
可能出現(xiàn)磨煤機(jī)爆燃等問題，需要進(jìn)行摻燒煤泥試
驗(yàn)，找尋制粉系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的最佳摻配比例。
為保障超低負(fù)荷下制粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行，需要
對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改造。
(1) 為了改善風(fēng)粉偏差，防堵管，優(yōu)化爐內(nèi)流
場(chǎng)，提高熱負(fù)荷分配的均勻性和穩(wěn)定性，需要對(duì)煤
粉分配器進(jìn)行改造。
(2) 針對(duì)低負(fù)荷時(shí)鍋爐燃燒不穩(wěn)，易超溫和
NOx 排放的大幅波動(dòng)問題，需要進(jìn)行燃燒優(yōu)化智能
控制。
(3) 為提高粗粉分離器效率，擴(kuò)大煤粉細(xì)度調(diào)
節(jié)范圍和提高煤粉均勻性指數(shù)，需要對(duì)粗粉分離器
進(jìn)行改造。
(4) 從提高細(xì)粉分離器效率，降低三次風(fēng)帶粉
率，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)燃、增效和降氮的目的出發(fā)，需要對(duì)細(xì)
粉分離器進(jìn)行改造。
(5) 優(yōu)化改造制粉系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)量裝置，改善制
粉系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)量裝置存在的堵灰、磨穿、直管道過
短、溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)不均勻等問題，提高磨入口風(fēng)
量的準(zhǔn)確度、線性度，確保深度調(diào)峰過程中的風(fēng)煤
比準(zhǔn)確控制。
(6) 為降低燃煤成本，采用摻燒煤泥方式；但
易出現(xiàn)斷煤，影響低負(fù)荷穩(wěn)燃和制粉系統(tǒng)的安全運(yùn)
行，需對(duì)原煤斗防堵性能進(jìn)行優(yōu)化改造。
1.6 超低負(fù)荷風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行問題
在低負(fù)荷下，風(fēng)機(jī)的流量、系統(tǒng)阻力與風(fēng)機(jī)特
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第20 卷(2018 年第5 期) 電力安全技術(shù)
性匹配差，造成風(fēng)機(jī)失速和喘振。對(duì)此，可通過對(duì)
風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機(jī)及輔助設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改造，增強(qiáng)風(fēng)機(jī)
在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的安全適應(yīng)性。
(1) 改造不合理的風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道布置方式，
對(duì)整個(gè)煙風(fēng)管道進(jìn)行優(yōu)化改造。
(2) 降低風(fēng)煙系統(tǒng)管道阻力及風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)量。
(3) 風(fēng)機(jī)適當(dāng)采用變頻控制或小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)
技術(shù)。
(4) 保持風(fēng)機(jī)本體不動(dòng)，僅對(duì)風(fēng)機(jī)配套電機(jī)進(jìn)
行降速改造或雙速電機(jī)改造。
(5) 根據(jù)深度調(diào)峰對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪或葉片的運(yùn)行要
求，優(yōu)化改造風(fēng)機(jī)局部葉輪和葉片。
2 給水泵和凝結(jié)水泵的安全運(yùn)行問題
針對(duì)汽水系統(tǒng)給水泵和凝結(jié)水泵在深度調(diào)峰過
程中遇到的問題，可通過對(duì)給水泵和凝結(jié)水泵的全
程控制方式進(jìn)行優(yōu)化，以提高給水泵和凝結(jié)水泵在
低負(fù)荷工況下安全運(yùn)行的適應(yīng)性。
2.1 給水泵的最小流量控制
對(duì)于配置汽動(dòng)給水泵的燃煤機(jī)組，在給水流量
較低的情況下，給水泵運(yùn)行容易超出泵的安全工作
區(qū)，造成給水流量波動(dòng)，影響給水泵的安全運(yùn)行。
因此，要在深入研究機(jī)組汽動(dòng)給水泵的安全工作區(qū)
域基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)汽動(dòng)給水泵最小流量的全程自動(dòng)控
制。一般最小流量的全程自動(dòng)控制方式有2 種。
(1) 汽動(dòng)給水泵入口流量閉環(huán)控制。此種控制
方式需要對(duì)給水泵入口流量設(shè)定安全流量值。在低
負(fù)荷工況下給水流量低于這個(gè)安全值時(shí)，為保證最
小流量閥慢慢開啟，需另外設(shè)置優(yōu)先級(jí)更高的超馳
回路，使得低負(fù)荷工況下給水流量低于保護(hù)值時(shí)回
路能快速開通，以保護(hù)給水泵的運(yùn)行安全。
(2) 汽動(dòng)給水泵最小流量閥開環(huán)控制。此種控
制方式，需要設(shè)置給水泵入口流量與最小流量閥調(diào)
節(jié)開度的開環(huán)線性插值函數(shù)。一般需設(shè)計(jì)給水流量
上升過程和下降過程的2 套函數(shù)，以避免控制過程
存在一定死區(qū)。另外，需設(shè)置優(yōu)先級(jí)更高的超馳回
路，使得低負(fù)荷工況下給水流量低于保護(hù)閾值時(shí)回
路能快速開通，以保護(hù)給水泵的運(yùn)行安全。
2.2 給水泵汽輪機(jī)汽源的安全控制
深度調(diào)峰低負(fù)荷工況下，汽輪機(jī)四段抽汽壓力
必然大幅降低，此時(shí)給水泵汽輪機(jī)低壓調(diào)門進(jìn)汽壓
力得不到保障，必然造成給水系統(tǒng)出力降低，從而
危及機(jī)組安全運(yùn)行?，F(xiàn)有的小汽輪機(jī)汽源切換和調(diào)
節(jié)，僅憑運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)進(jìn)行。當(dāng)機(jī)組突發(fā)事
故時(shí)，例如跳機(jī)后四段抽汽突然失去時(shí)必須及時(shí)切
換到另一路汽源，以保障鍋爐的正常上水。通常是
將汽源切換至輔助蒸汽系統(tǒng)或冷再熱蒸汽。但是手
動(dòng)切換時(shí)間長(zhǎng)，小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超調(diào)量大。若沒能及
時(shí)切換至另一路汽源或投用時(shí)擾動(dòng)過大，則給水泵
出力不足，將直接威脅到機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)此，
應(yīng)研制對(duì)給水泵汽輪機(jī)汽源進(jìn)行自動(dòng)切換的控制裝
置，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰過程中給水泵汽輪機(jī)汽源穩(wěn)定控
制的目的?？赏ㄟ^在汽源管路中配置相應(yīng)的調(diào)節(jié)門，
并設(shè)計(jì)汽源壓力自動(dòng)閉環(huán)控制的控制策略，實(shí)現(xiàn)汽
源壓力的在線閉環(huán)調(diào)整。
2.3 凝結(jié)水泵的安全運(yùn)行問題
除采用與給水泵相同的入口流量閉環(huán)控制和最
小流量閥開環(huán)控制策略外，對(duì)于采用凝結(jié)水泵變頻
控制的機(jī)組，還要特別注意低負(fù)荷工況下變頻器的
控制范圍。要在考慮變頻控制線性度的情況下，設(shè)
計(jì)全程除氧器水位和凝結(jié)水壓力的自動(dòng)控制方式，
確保除氧器水位穩(wěn)定和滿足凝結(jié)水用戶的需求。
3 結(jié)論
鑒于現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)主力電網(wǎng)構(gòu)成的特點(diǎn)使電網(wǎng)在
低谷階段的安全性和穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅，接納新
能源能力嚴(yán)重受限，棄風(fēng)、棄光、限核電現(xiàn)象比較
嚴(yán)重，因而迫切需要研究燃煤機(jī)組的深度調(diào)峰問題，
為區(qū)域電網(wǎng)消納新能源提供更大的空間。
燃煤機(jī)組運(yùn)行的安全性是開展深度調(diào)峰的首要
條件，以上從超( 超) 臨界燃煤機(jī)組深度調(diào)峰過程
中的厚壁元件壽命、受熱面璧溫、水動(dòng)力安全、脫
硝環(huán)保裝置、制粉系統(tǒng)低負(fù)荷安全以及給水泵的安
全運(yùn)行幾個(gè)問題出發(fā)，研究深度調(diào)峰過程中運(yùn)行設(shè)
備及參數(shù)的技術(shù)瓶頸和危險(xiǎn)點(diǎn)，并針對(duì)性地提出解
決方案，以保障機(jī)組在深度調(diào)峰過程中的安全性。
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收稿日期：2017-10-26；修回日期：2018-01-17。
作者簡(jiǎn)介：
陳 濤(1982—)，男，工程師，主要從事電廠熱工自動(dòng)化等工
作，email：83523806@qq.com。
《電力安全技術(shù)》投稿簡(jiǎn)則
1 來稿要求
(1) 論文應(yīng)具有科學(xué)性、實(shí)用性和創(chuàng)新性，論點(diǎn)鮮明，論據(jù)充分，條理清晰。內(nèi)容應(yīng)語句順暢、
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(2) 論文中所用技術(shù)名詞前后應(yīng)一致，新名詞應(yīng)注明原文或加注釋。計(jì)量單位的名稱、符號(hào)
一律按《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》中的規(guī)定使用。外文字符必須分清大、小寫，正、斜體，
上下角標(biāo)應(yīng)區(qū)別明顯。論文中圖和表應(yīng)有獨(dú)立、完整的圖表題，圖和表中文字、變量、數(shù)字、單
位要清晰。
(3) 論文內(nèi)容的排序?yàn)椋褐形臉?biāo)題，作者署名，工作單位，摘要和關(guān)鍵詞，正文、參考文獻(xiàn)，
作者簡(jiǎn)介。
(4) 標(biāo)題：簡(jiǎn)明扼要、重點(diǎn)突出，一般不宜超過20 個(gè)漢字。
(5) 作者姓名：在題目下按序排列，排序原則上以投稿時(shí)為準(zhǔn)，一般不宜再做更改，確需變
更時(shí)應(yīng)由第一作者提供書面證明或郵件說明。
(6) 工作單位：作者署名的單位應(yīng)該是注冊(cè)的單位全稱，并需提供單位所在省、市及郵政編碼。
每位作者只能署1 個(gè)工作單位。
(7) 摘要和關(guān)鍵詞：摘要采用第三人稱，為對(duì)全文不加注釋和評(píng)論的簡(jiǎn)短陳述，篇幅以100—
200 字為宜。關(guān)鍵詞3—5 個(gè)，使用通用名稱，便于文獻(xiàn)檢索，縮略語/ 字母詞以全稱形式出現(xiàn)。
(8) 正文：事實(shí)客觀，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，計(jì)算準(zhǔn)確，語言準(zhǔn)確；條理清楚，邏輯性強(qiáng)，文字簡(jiǎn)練，表
達(dá)形式與內(nèi)容相適應(yīng)；用詞規(guī)范，平鋪直敘，不用口語、俗稱和感嘆詞等。
(9) 參考文獻(xiàn)：原則上不少于5 篇，采用順序編碼制，標(biāo)出所引用文獻(xiàn)的全部作者、題名(書
名)、刊名(出版地：出版社)、出版年份及卷號(hào)、期號(hào)、起止頁碼等。勿引用尚未公開出版的資料。
(10) 作者簡(jiǎn)介：提供所有作者的相關(guān)信息，包括：姓名，出生年份，性別，職稱，主要從事
的工作內(nèi)容( 50—100 字)，第一作者Email。
2 注意事項(xiàng)
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